[发明专利]一种电介质中载流子注入势垒的测试提取方法

说明书

本发明公开一种电介质中载流子注入势垒的测试提取方法，基于注入电荷量变化率和电场变化获得注入电流密度与电场强度的关系，进行电介质载流子注入势垒的测试提取，其包括如下步骤：制备介质试样；进行电极单极性载流子注入测试；计算电介质中载流子迁移的电导电流和电极与电介质界面处的位移电流；计算电极与电介质界面处载流子注入电流密度；将电流密度和电极处电场强度关联，获得电介质中载流子注入电流密度‑电极界面电场强度关系曲线；进行分析拟合，提取载流子注入势垒。本发明的测试提取方法提供能真实反映电介质在不同电场强度工作状态下电气性能参数，为电介质中电荷输运仿真提供参数，具有显著的科学效益和经济效益。

技术领域

本发明属于电介质测试领域，特别涉及一种电介质中载流子注入势垒的测试提取方法。

背景技术

电介质中载流子注入势垒是重要的电性能参数，它将影响电极向电介质中注入的电荷量，进一步影响电场分布及电介质老化特性。现有获取电介质中电荷注入势垒的方法主要为基于能带理论的仿真计算或电导电流测试结果的拟合，存在一定的局限性。

现有技术中，采用第一性原理仿真计算不同金属电极与电介质界面处电荷的注入势垒，但它不能充分考虑电极与电介质表面态和界面特性对注入势垒的影响，导致注入势垒仿真结果与实际应用场景存在一定的差异。采用电介质的电导电流和空间电荷测试，基于实验结果分析拟合注入势垒的方法，存在不能有效区分正负极性电荷载流子的不足，即不能分别获得电极注入电子和空穴的注入势垒。

因此，有必要提出有效区分电极注入的正负极性载流子的方法，进一步测试提取电介质中正负极性载流子的注入势垒。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种电介质中载流子注入势垒的测试提取方法，基于电声脉冲法得到的空间电荷测试结果和电介质试样的结构设计，通过改变施加的电压极性和对双层介质的位置置换，可有效区分正负极性电荷载流子的注入势垒。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种电介质中载流子注入势垒的测试提取方法，包括如下步骤：

步骤1，制备介质试样；

步骤2，对试样进行电极单极性载流子注入测试，得到空间电荷测试结果，并基于该测试结果计算电介质中载流子迁移的电导电流和电极与电介质界面处的位移电流；

步骤3，计算电极与电介质界面处载流子注入电流密度；

步骤4，关联电流密度和电极处电场强度，获得电介质中载流子注入电流密度-电极界面电场强度关系曲线；

步骤5，改变步骤2空间电荷测试施加的电压极性，重复步骤3和步骤4，计算获取电介质中另一极性载流子注入电流密度-电极界面电场强度关系曲线；

步骤6，对电介质中载流子注入电流密度-电极界面电场强度关系曲线进行分析拟合，提取载流子注入势垒。

上述步骤1中，介质试样包括上下层叠设置的被测电介质和阻挡层，其两侧分别连接上电极和下电极。

上述步骤2中，电极单极性载流子注入测试的方法是通过电声脉冲法对试样进行恒定温度下的空间电荷测试，得到空间电荷测试结果。

上述步骤2中，电介质中载流子迁移的电导电流计算方法是，根据空间电荷测试结果，先计算电介质中电荷载流子积聚量随时间的变化曲线Q(t)，再计算电荷积聚速率随时间的变化曲线dQ(t)/dt，得到电介质中载流子迁移的电导电流J_c(t)＝dQ(t)/dt。

上述步骤2中，电极与电介质界面处的位移电流计算方法是根据空间电荷测试结果，先通过泊松方程计算获得电极与电介质界面处电场强度随时间的变化曲线E_ele(t)，再计算获得电极与电介质界面处的位移电流ε*dE_ele(t)/dt。